AULA 06

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x deve ser a direção do fluxo de calor positivo. E o fluxo será positivo quando o gradiente de temperatura for negativo, ou seja, na direção decrescente da temperatura.
Fenômenos de Transporte
Fluxo de Calor na Condução 
 Em uma parede plana de espessura L, onde a distribuição de temperatura é linear T(x), sob condições de regime estacionário, e com área uniforme, a taxa de calor é: 
Fenômenos de Transporte
Condutividade Térmica (k) das Substâncias
SÓLIDOS
LÍQUIDOS
GASES
Condução - Aplicações e conseqüências
Conforto térmico corporal;
Seleção de materiais para empregos específicos na indústria (condutores e isolantes). 
Por que os iglus são feitos de gelo?
k (gelo a 0ºC) = 1,88 W/(m ºC)
cp (gelo a 0ºC) = 2040 J/(kg ºC)
Fenômenos de Transporte
Convecção 
Transmissão através da agitação molecular e do movimento do próprio meio ou de partes deste meio;
 
Movimento de partículas mais energéticas por entre partículas menos energéticas; 
 É o transporte de calor típico dos meios fluidos. 
Fenômenos de Transporte
Convecção
Mecanismo de transferência de energia entre uma superfície sólida e um fluido (líquido ou gás) adjacente em movimento quando estão a diferentes temperaturas.
Envolve efeitos combinados de condução e de movimento de um fluido.
A presença de movimento macroscópico do fluido intensifica a transferência de calor.
Na ausência deste movimento, só ocorrerá transferência por condução.
Fenômenos de Transporte
 Na convecção natural, ou livre, o escoamento do fluido é induzido por forças de empuxo, que vem de diferenças de densidade causadas por variação de temperatura do fluido. 
Convecção natural e forçada
Transporte natural de fluidos
Convecção natural
Fenômenos de Transporte
Na convecção forçada o fluido é forçado a circular sobre a superfície por meios externos, como uma bomba, um ventilador, ventos atmosféricos. 
Convecção natural e forçada
Convecção forçada
Transporte forçado
 de fluidos
Fenômenos de Transporte
Fenômenos de Transporte
Convecção natural e forçada
Fenômenos de Transporte
Lei de Resfriamento de Newton
Taxa de Transferência de Calor por Convecção
Área A
ou coeficiente de película
Fenômenos de Transporte
Taxa de Transferência de Calor por Convecção
Lei de Resfriamento de Newton
h \uf0e0 não é uma propriedade do fluido, é um parâmetro determinado experimentalmente.
Convecção - Aplicações e conseqüências
 Conforto ambiental;
 Refrigeração de circuitos elétricos.
Fenômenos de Transporte
Irradiação ou radiação térmica
- Toda a matéria que se encontra a uma temperatura acima do Zero Absoluto (0 K) irradia energia térmica. 
 Não necessita de meio material para ocorrer, pois a energia é transportada por meio de ondas eletromagnéticas.
 É mais eficiente quando ocorre no vácuo.
Fenômenos de Transporte
Radiação Térmica ou Irradiação 
Fenômenos de Transporte
Radiação Térmica
	Forma de radiação emitida pelos corpos em função de sua temperatura.
	Todos os corpos a uma temperatura superior a 0K emitem radiação térmica.
	É um fenômeno volumétrico: todos os sólidos, líquidos emitem, absorvem ou transmitem radiação em diferentes graus.
Fenômenos de Transporte
Ondas eletromagnéticas
Fenômenos de Transporte
Fenômenos de Transporte
Radiação Térmica
Fenômenos de Transporte
Radiação Térmica
Onde: 
Ts é a temperatura da superfície (K)
As é a área da superfície (m2)
\u3c3 é a constante de Stefan-Boltzmann = 5,6697 x 10-8 W/m2K4
Transmissão de calor por Radiação
Fenômenos de Transporte
Reflexão
 O refletor perfeito (espelho ideal), r = 1. 
Absorção
 Um corpo negro (absorvedor perfeito), a = 1.
 Um corpo cinzento, a < 1.
 Transmissão
 Um corpo transparente, t \u2260 0 (zero). 
 Um corpo opaco, t = 0 (zero).  
Modelos adotados na radiação térmica
Fenômenos de Transporte
Transmissão de calor por Radiação
Lei dos Intercâmbios: Todo bom absorvedor é um bom emissor de radiação térmica e todo bom refletor é um mau emissor de radiação térmica. 
Corpo negro é também o emissor ideal de radiação térmica (radiador ideal)!!!! 
Corpos Escuros: bons absorvedores e emissores de radiação térmica. Ex.: fuligem (a = \uf065 = 0,94).
Corpos claros e polidos: maus absorvedores e emissores de radiação térmica. Ex.: prata polida (a = \uf065 = 0,02).
Fenômenos de Transporte
Fluxo de calor na Radiação
\u201cLei de Stefan-Boltzmann\u201d:
E \u2013 Poder emissivo [W/m2];
\uf065 \u2013 emissividade (0 \u2264 \uf065 \u2264 1); 
\u3c3 \u2013 Constante de Stefan-Boltzmann [5,7 x 10-8 W/(m2 K4)];
T \u2013 Temperatura absoluta do corpo (K).
Fenômenos de Transporte
Fluxo de calor transferido por radiação
Para a troca de calor por radiação entre duas superfícies, uma dentro da outra, separadas por um gás que não interfere na transferência por radiação:
Tsuperfície \u2013 Temperatura absoluta da superfície menor, suposta mais quente;
Tvizinhança \u2013 Temperatura absoluta da superfície maior, suposta mais fria.
Fenômenos de Transporte
Radiação Térmica - Aplicações
 Fonte alternativa de energia;
 Previsões meteorológicas baseiam-se nas emissões de infra-vermelho provenientes da terra.
Fenômenos de Transporte
Processos de Transferência de Calor
Trocador de Calor
Os diferentes mecanismos de troca térmica ocorrem simultaneamente nas mais diversas situações.
Fenômenos de Transporte
Fenômenos de Transporte
Resistência Térmica
Condução
Convecção
Fenômenos de Transporte
Mecanismos combinados de Transferência de Calor
Fenômenos de Transporte
Mecanismos combinados de Transferência de Calor
Fenômenos de Transporte
EXERCÍCIOS
01) Um equipamento condicionador de ar deve manter uma sala, de 15 m de comprimento, 6 m de largura e 3 m de altura a 22 oC. As paredes da sala, de 25 cm de espessura, são feitas de tijolos com condutividade térmica de 0,14 Kcal/h.m.oC e a área das janelas podem ser consideradas desprezíveis. A face externa das paredes pode estar até a 40oC em um dia de verão. Desprezando a troca de calor pelo piso e pelo teto, que estão bem isolados, pede-se o calor a ser extraído da sala pelo condicionador (em HP ). OBS : 1 HP = 641,2 Kcal/h
Resolução
Fenômenos de Transporte
Cont. resolução
Para o cálculo da área de transferência de calor desprezamos as áreas do teto e piso, onde a transferência de calor é desprezível. Desconsiderando a influência das janelas, a área das paredes da sala é :
A = 2 x 6 x 3 + 2 x 15 x 3 = 126 m2
Considerando que a área das quinas das paredes, onde deve ser levada em conta a transferência de calor bidimensional, é pequena em relação ao resto, podemos utilizar a equação:
Portanto a potência requerida para o condicionador de ar manter a sala refrigerada é :
q \u2248 2 HP
Fenômenos de Transporte
EXERCÍCIOS
02) As superfícies internas de um grande edifício são mantidas a 20 oC, enquanto que a temperatura na superfície externa é -20 oC. As paredes medem 25 cm de espessura , e foram construídas com tijolos de condutividade térmica de 0,6 kcal/h m oC.
a) Calcular a perda de calor para cada metro quadrado de superfície por hora.
b) Sabendo-se que a área total do edifício é 1000 m2 e que o poder calorífico do carvão é de 5500 kcal/Kg, determinar a quantidade de carvão a ser utilizada em um sistema de aquecimento durante um período de 10h. Supor o rendimento do sistema de aquecimento igual a 50%.
Fenômenos de Transporte
Resolução
a) Desprezando o efeito do canto das paredes e a condutividade térmica da argamassa entre os tijolos, aplica-se a equação de Fourier para paredes planas
Para A = 1m2, temos:
q = 96 kcal/h pra cada m2 de área 
Fenômenos de Transporte
b) Esta perda de calor deve ser reposta pelo sistema de aquecimento, de modo a manter o interior a 20 oC. A perda pela área total do edifício é:
Resolução
O tempo de utilização do sistema de aquecimento é 10 horas. Neste período a energia perdida para o exterior é:
Com o rendimento do sistema é 50% a quantidade de